三自由度工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)[3自由度]【8張CAD圖紙+PDF圖】

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在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專(zhuān)用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。機(jī)器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)。 “工業(yè)機(jī)器人”（Industrial Robot）：多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú)立的自動(dòng)抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置（國(guó)內(nèi)稱(chēng)作工業(yè)機(jī)器人或通用機(jī)器人）。 機(jī)器人是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動(dòng)化裝置。機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢(shì)，但功能較少，適應(yīng)性較差。目前我國(guó)常把具有上述特點(diǎn)的機(jī)器人稱(chēng)為專(zhuān)用機(jī)器人，而把工業(yè)機(jī)械人稱(chēng)為通用機(jī)器人。 而少自由度工業(yè)機(jī)械人中大多數(shù)為機(jī)械手，而機(jī)械手機(jī)器人主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)（圖1-1）。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱(chēng)為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6個(gè)自由度（圖1-2）。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專(zhuān)用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度。 　　機(jī)械手的種類(lèi)，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專(zhuān)用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。 圖 1-1 圖 1-2 二、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）： 機(jī)器人工程是近二十多年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的綜合學(xué)科。它集中了機(jī)械工程、電子工程、計(jì)算機(jī)工程、自動(dòng)控制工程以及人工智能等多種學(xué)科的最新研究成果，是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一，也是我國(guó)科技界跟蹤國(guó)際高科技發(fā)展的重要方面。工業(yè)機(jī)器人的研究、制造和應(yīng)用水平，是一個(gè)國(guó)家科技水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的象征，正受到許多國(guó)家的廣泛重視。 目前，工業(yè)機(jī)器人的定義，世界各國(guó)尚未統(tǒng)一，分類(lèi)也不盡相同。最近聯(lián)合國(guó)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給工業(yè)機(jī)器人下的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置，可以通過(guò)改變動(dòng)作程序，來(lái)完成各種工作，主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。 據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟（IFR）2006年5月發(fā)布的“2006世界機(jī)器人調(diào)查”顯示，2005年世界新安裝工業(yè)機(jī)器人121000臺(tái)，比2004年的97000臺(tái)增長(zhǎng)25%。這是繼2003年工業(yè)機(jī)器人安裝數(shù)量重回增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)后的重大突破，2005年也成為近15年來(lái)世界工業(yè)機(jī)器人新安裝臺(tái)數(shù)最多的年份，比上一個(gè)峰值――2000年的99000臺(tái)增長(zhǎng)22000臺(tái)。 圖2-1： 1991-2005年各年世界新安裝工業(yè)機(jī)器人臺(tái)數(shù) 資料來(lái)源：World Robotics 2006 據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)局預(yù)測(cè)，截至2005年底，全世界在運(yùn)行中的工業(yè)機(jī)器人共有914000臺(tái)，比2004年增加8%。其中，有50%來(lái)源于亞洲地區(qū)；歐洲和美洲分別占1/3和16%；而澳大利亞和非洲地區(qū)大概占1%的比例。 資料來(lái)源：World Robotics 2006 圖2-2： 1991-2005年各年全世界運(yùn)行中的工業(yè)機(jī)器人總數(shù) 就2005年幾大應(yīng)用領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)器人類(lèi)型來(lái)看，機(jī)械手的產(chǎn)量遙遙領(lǐng)先于其他類(lèi)型的工業(yè)機(jī)器人，約達(dá)到43500臺(tái)。其中，亞洲地區(qū)機(jī)械手的產(chǎn)量比2004年增加了27%；美洲地區(qū)機(jī)械手的產(chǎn)量幅度更是高達(dá)53%；雖然歐洲地區(qū)2005年機(jī)械手的產(chǎn)量比上年略有下降，但其產(chǎn)量仍接近14000臺(tái)。接下來(lái)依次是：點(diǎn)焊接機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人和分配機(jī)器人，其產(chǎn)量分別約為20500臺(tái)、17500臺(tái)、13000臺(tái)和4500臺(tái)。表1反映了2005年亞、歐、美三大地區(qū)各類(lèi)型工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)量增幅情況。 表1-1： 2005年亞、歐、美三大地區(qū)各類(lèi)型工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量增幅表 類(lèi) 型 機(jī)械手 點(diǎn)焊接機(jī)器人 弧焊機(jī)器人 裝配機(jī)器人 分配機(jī)器人 地 增 區(qū) 幅 亞洲地區(qū) 27% 64% 82% 101% 23% 美洲地區(qū) 53% 22% 33% 36% 121% 歐洲地區(qū) -6% -27% 6% 1% -23% 資料來(lái)源：World Robotics 2006 三、研究?jī)?nèi)容及主要特色： 本次設(shè)計(jì)是根據(jù)對(duì)工業(yè)六自由度機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)的分析和探討，進(jìn)行三自由度工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵在于三軸（臂）的傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免運(yùn)動(dòng)的干涉。在本次設(shè)計(jì)中主要負(fù)責(zé)第一臂與底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 3.1課題工作內(nèi)容： ①　 開(kāi)題報(bào)告，外文資料翻譯 ②　 機(jī)器人本體的組成方案設(shè)計(jì) ③　 第一臂、底座的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) ④　 Auto CAD平臺(tái)上建立各零部件與裝配圖 ⑤　 畢業(yè)論文整理 及答辯準(zhǔn)備 四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度： 4.1 3—DOF工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 以3自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)要求如下： 第一軸：轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為 90/s，轉(zhuǎn)角范圍為0～270 底 座：能夠?qū)崿F(xiàn)第一臂轉(zhuǎn)角(0-270度)轉(zhuǎn)角范圍控制 圖4-1 4.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度的時(shí)間： ①　 開(kāi)題報(bào)告，外文資料翻譯 第01周-第02周 ②　 機(jī)器人本體的組成方案設(shè)計(jì) 第03周-第04周 ③　 結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 第05周-第08周 ④　 虛擬平臺(tái)的建立與裝配 第09周-第12周 ⑤　 機(jī)器人抓取作業(yè)的運(yùn)動(dòng)模擬 第13周-第15周 ⑥　 畢業(yè)論文整理 及答辯準(zhǔn)備 第16周-第17周 五、 參考文獻(xiàn) 1 孫桓 等主編.機(jī)械原理(第六版) .高等教育出版社，2001 2 馬香峰 主編.工業(yè)機(jī)器人的操作機(jī)設(shè)計(jì). 冶金工業(yè)出版社 ,1996 3 宗光華 張慧慧譯.機(jī)器人設(shè)計(jì)與控制. 科學(xué)出版社 ， 2004 4鄭笑級(jí) 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京：煤炭工業(yè)出版社，2004 5 Y.Fujimoto and A.kawamura.Autonomous Control and 3D Dynamic Simulation walking Robot Incuding Environmental Force Interaction. IEEE Robbtics and Automnation Magzuine,1998,5(2):33～42